DE2843120C2 - Gekapselte Blitzschutzvorrichtung - Google Patents

Description

und

C4.

tnit Cl= eine zwischen dem zylindrischen Hoch- 4ϊ spannungsteil (22) und dem inneren hohlzylindrischen Abschirmteil (L_f) entstehende elektrostatische Kapazität. C2 = eine zwischen beiden hohlzylindrischen Abschirmteilen (L₁. L₂) entstehende elektrostatische Kapazität, C3 = eine zwischen dem 5<i äußeren hohlzylindrischen Abschirmteil (L₂) und dem geerdeten Metallgehäuse (10) entstehende elektrostatische Kapazität und C 4 = eine zwischen dem inneren hohlzylindrischen Abschirmteil (L,) und dem geerdeten Metall-Gehäuse (10) entstehende 5i elektrostatische Kapazität.

4. Gekapselte Blitzschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrische zumindest teilweise ineinandergreifenden Absehirmteile (L₁, L₂; L₁, L₂, Li) und die so Abschirmscheiben (R], R₂) aus gleichem Material als topfförmiges Abschirmelement (26, 28) einstückig ausgebildet sind.

5. Gekapselte Blitzschutzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres t>> koaxiales, aus einem konzentrisch ineinandergreifender Abschirmteil (Li) und einer Abschirmscheibe (R₃) aus gleichem Material ausgebildetes AbschirmDie Erfindung bezieht sich auf eine gekapselte Blitzschutzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der AT-PS 3 22 659 bekannt Der in einem Metallgehäuse angeordnete Überspannungsableiter besitzt an seinem einen Ende eine Anschlußvorrichtung für die Netzspannung und an seinem anderen Ende eine weitere Anschlußvorrichtung für die Erdung und ferner eine Einrichtung zur kapazitiven Steuerung der Spannungsverteilung. Die Einrichtung zur kapazitiven Steuerung der Spannungsverteilung besteht aus mehreren Abschirmkörpern in Form von ringförmigen Metallteilen, die einen unteren nach innen zu und nach oben aufgebogenen Rand besitzen, so daß diese Abschirmkörper relativ schwer herstellbare Bauteile darstellen. Mehrere dieser Abschirmkörper umschließen den Überspannungsableiter im Inneren des Mjetallgehäuses und sie sind in axialer Richtung mit gegenseitigem Abstand zueinander angeordnet. Einer dieser Abschirmkörper umschließt die Anschlußvorrichtung für die Netzspannung (das Hochspannungsende} und ist elektrisch mit dieser verbunden. Ferner ist zwischen zwei benachbarten Abschirmkörpern jeweils wenigstens ein Kondensator zwischengeschaltet. Da bei dieser bekannten Konstruktion die Abschirmkörper entlang dem Widerstandsstapel auf Abstand zueinander angeordnet sind, erhält die gesamte Anordnung eine vergleichsweise große Baulänge.

Aus der AT-PS 3 22 658 ist ebenfalls eine elektrische Hochspannungseinrichtung nut einem ein Isolierglas enthaltenden Metallgehäuse und einem in dem Metallgehäuse angeordneten Überspannungsableiter bekannt, der an seinem einen Ende eine Anschlußvorrichtung für die Netzspannung und an seinem gegenüberliegenden anderen Ende eine weitere Anschlußvorrichtung für die Erdung besitzt und dem eine Einrichtung zur kapazitiven Steuerung der Spannungsverteilung außerhalb des Überspannungsabieiters parallel geschaltet ist. Bei dieser bekannten Konstruktion ist die Abschirmung asymmetrisch au' eine Seite des Widerstandsstapels konzentriert und es sind ferner innerhalb der Abschirmung leitende Ringe angeordnet, die das elektrische Feld im Innern des Metallgehäuses vergleichmäBigen sollen. Die Abschirmung ist als hohlzylindrischer, das Gerät an seinem einen F.nde umschließender Nörper ausgebildet, der in einer zur Achse des Gerätes geneigten Ebene endet. Derartige hohlzylindnsthe Korper sind vergleichsweise schwer herzustellen und tragen andererseits auch nicht zur Verkürzung der Baulänge des Gerätes bei.

Schließlich ist aus der AT PS 3 20 787 ein elektrisches Gerät für Hochspannung mit einem ein Isolierglas enthaltendem Metallgehäuse bekannt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Gerät zumindest teilweise von einer leitenden, unsymmetrisch gestalteten Abschirmung umgeben ist, und daß an dem Gerät innerhalb der Abschirmung leitende Ringe angeordnet sind, die das elektrische Feld im Inneren des Gerätes vergleichmäßigen. Die zusätzlich vorgesehenen leitenden Ringe sorgen zwar dafür, daß im Inneren des Gerätes ein

zylindersymmetrisches elektrisches Feld mit der durch die Abschirmung auQupragien Stsike herrscht, sie tragen jedoch selbst zur Vergrößerung der Baulänge des Gerätes bei.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine einfach aufgebaute gekapselte Blitzschutzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs ' zu schaffen, bei der eine sehr gleichmäßige Potentialverteilung über alle einzelnen Widerstände der in dem Widerstandstapel enthaltenen nicht-linearen Widerstände bei kurzer Gesamtbaulänge realisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abschirmung aus wenigstens zwei konzentrisch ineinandergreifenden zylindrischen Abschirmteilen besteht, von denen mindestens eine mit Abschirmscheiben elektrisch verbunden ist, wobei die Abschirmscheiben zwischen je zwei benachbarten Widerständen des Widerstandsstapels eingefügt sind.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird einerseits die gesamte Baulänge der Blitzschutzvorrichtung nicht erhöht, da die zylindrischen Abschirmteile konzentrisch ineinandergreifen, wobei jedoch die verwendeten zylindrischen Abschirmteile vergleichsweise äußerst einfach hergestellt werden können.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird darüber hinaus über den Widerstandsstapel hinweg eine ideale lineare Potentialverteilung erreicht, was dazu führt, daß eine Verschlechterung bzw. Alterung der nicht linearen Widerstände verhindert wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. I eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer gekapselten Blitzschutzvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung.

Fig.2 ein Äquivalentschaltbild für die bei der Anordnung nach Fig. 1 entstehenden elektrostatischen Kapazitäten.

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Potentialverteilungen über die Einheiten, in welche alle nichtlinearen Widerstände gemäß Fig. 1 gleichmäßig unterteilt sind, bei einer normalerweise an ihnen anliegenden Wechselspannung,

Fig.4 eine Fig. I ähnelnde Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 5 eine F i g. 1 ähnelnde Darstellung einer weiteren Abwandlung der Erfindung und

Fig.6 eine Fig. I ährHnde Darstellung, die noch eine weitere Abwandlung der Erfindung veranschaulicht.

F i g. 1 veranschaulicht die gekapselte Blitzschutzvorrichtung gemäß der Erfindung, bei welcher ein zylindrischer Hoehspannungsteil 22 mit größerem Durchmesser als dem der nichtlinearen Widerstände 14 zwischen den Hochspannungsleiter 18 und dem obersten Widerstand 14 geschaltet ist. während mehrere elektrische Abschirmteile L\, Li in Form von vergleichsweise kurzen Hohlzylindern koaxial dicht am zylindrischen Hoehspannungsteil 22 so angeordnet sind, daß sie diesen mit Radialabstand koaxial umgeben. Die nichtlinearen Widerstände 14 sind in mehrere, beispielsweise drei gleich große Einheiten A. Sund Cunterteilt, die jeweils zwei einen Widerstandsstapel bildende Widerstände 14 umfassen, wobei zwischen je zwei benachbarte Widerstände jeweils eine Abschirmscheibe Äi, Ri eingefügt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine Abschirmscheibe R\ zwischen die oberste und die mittlere Einheit A bzw. B eingefügt, während s eine weiteie Abschirmscheibe /?2 zwischen die mittlere und die unterste Einheit B bzw. C eingefügt ist. Die näher am Hoehspannungsteil 22 bzw. näher an der Hochspannungsseite befindliche Abschirmscheibe R, ist über eine (elektrische) Verbindungs- oder Zuleitung 24a ίο mit dem inneren zylindrischen Abschirmteil L\ verbunden, während die vom Hoehspannungsteil 22 abgewandte bzw. der Niederspannungsseite näher gelegene Abschirmscheibe Ri über eine andere Zuleitung 2Ab mit dem äußeren zylindrischen Abschirmteil Li verbunden ist

Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 entstehen elektrostatische Kapazitäten Cl. CZ C3 und C4 zwischen dem zylindrischen Hojhspannungsteil 22 und dem inneren hohlzylindrischen Abschirmten L₁, zwischen den beiden Abschirmteilen L\ und Li bzw. zwischen dem äußeren Abschirmteii Li und dem geerdeten Metall-Gehäuse 10. Jede dieser elektrostatischen Kapazitäten enthält eine über sie geschaltete Streusapazität.

Beim Auftreten großer Stromstöße infolge von Blitzschlag zeigt tier Stapel aus den nichtlinearen Widerständen 14 einen sehr kleinen Widerstand, sr daß ein Spannungsanstieg an dem zu schützenden elektrischen Gerät verhindert wird. Wenn dagegen eine Wechselspannung von Netzfrequenz im Normalfall an JO der Vorrichtung nach F i g. 1 anliegt, kann sich aufgrund des Vorhandenseins der elektrostatischen Kapazitäten Cl- C4 die Potentialverteilung über den Widerstandsstapel einer idealen linearen Potentialverteilung (vgl. die gestrichelte Linie in F i g. 5) annähern. J5 In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß die Einheiten A-B und somit die nichtlinearen Widerstandsstapel jeweils elektrostatische Kapazitäten besitzen, die sich nicht mit den betreffenden Positionen im Stapel ändern und die einander ungefähr gleich sind. Außerdem erfüllen diese elektrostatischen Kapazitäten die Funktion der. wenn auch geringfügigen, Annäherung der Spannungsverteilung über den Stapel an eine gleichmäßige Verteilung. Auch ohne Berücksichtigung dieser elektrostatischen Kapazitäten bei der Konstruk *5 tion der gekapselten Blitzschut/vorrichtung ergibt sich somit tatsächlich die gleichmäßige Spannungsverteilung.

Bezüglich der elektrostatischen Kapazitäten CI-C4 gilt für die Anordnung nach Fig. I das

Äquivalentschaltbild gemäß F i g. 2. In F i g. 2 sind die Kapazitäten Cl, C2 und C3 in dieser Reihenfolge über Verzweigungen oder Knotenpunkte Ri. R2 in Reihe zwischen die Hochsp·. nnungs- und Masseseite geschaltet. Die Hochspannungsseite entspricht dabei dem

^ zylindrischen Hochspannuiigsteil 22. und die Masseseite ent pru.nt dem geerdeten Metall-Gehäuse 10. Während die Verzweigungen RX und /?2die Abschirmscheibon R₁ b/w R₁ bedeuten. Die elektrostatische Kapazität C 4 ist dagegen parallel zu den in Reihe geschalteten Kapazitäten C2 und C3 über die Verzweigung R, und die Masseseite geschaltet.Zum Angleichender über CI. C2 und C3 liegenden Spannungen aneinander können Abmessung und Position der hohlzylindrischen Abschirmteile L] und Li im voraus entsprechend den

·" folgenden Bedingungen gewählt werden:

C2-C3

C4

(2)

Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, besitzt der Stapel aus den nichtlinearen Widerständen '4 die in Fig. 3 in ausgezogener Linie dargestellte Potentialverteilung. Fig. 3 zeigt außerdem in gestrichelter Linie zum Vergleich eine ideale, lineare Verteilung. Aus Fig. 3 geht hervor, daß die Verzweigungen R] und R₂ bzw. die Trennstellen des Widerstandsstapels jeweils Potentiale besitzen, die mit den entsprechenden Potentialen auf der idealen linearen Verteilungskurve koinzidieren. und daß die Potentialverteilung über jede Widerstandseinheit im Vergleich zu Fig. 2 ziemlich genau einem entsprechenden Abschnitt der linearen Potentialverteilung angenähert ist. Es ist nicht erforderlich, die Abweichungen der Potentialverteilung über jede Einheit vom entsprechenden Abschnitt der idealen linearen Verteilungskurve vollständig zu beseitigen, vielmehr können diese Abweichungen innerhalb bestimmter, zulässiger Grenzen liegen. Außerdem hängen diese AbweichunEen der Potentialverteilung über jede Einheit beispielsweise von der Form dieser Einheit, z. B. ihrer Länge ab, so daß folglich die Zahl der Einheiten, in welche der Widerstandsstapel gleichmäßig unterteilt ist, vergrößert werden kann, um die erzielte Potentialverteilung noch näher an die ideale: lineare Verteilung anzupassen. Durch Vergrößerung der Zahl der einzelnen Einheiten wird zudem die Fertigung von zweckmäüigeren gekapselten Blitzschutzvorrichtungen für Hochspannungszwecke vereinfacht

Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit der Anordnung von elektrischen Zuleitungen 24a und 24b zur Verbindung der hohlzylindrischen Abschirmteile L] und Li mit den Abschirmscheiben R] und Ri beschrieben ist, können diese Abschirmteile Li. Li und Abschirmscheiben R]. Ri ersichtlicherweise so verlängert oder erweitert sein, daß sie unter Weglassung der Zuleitungen unmittelbar miteinander verbunden bzw. in Kontakt gebracht sind.

Weiterhin können mehr als zwei hohlzylindrische Abschirmteile in koaxialer Anordnung und mit Abstand um den zylindrischen Hochspannungsteii 22 herum vorgesehen sein.

Die in Fig.4 dargestellte Anordnung unterscheidet sicn von derjenigen nach Fig. 1 nur darin, daß bei ersterer das innere hohlzyündrische Abschirmteil Li in Richtung auf den Boden des geerdeten Gehäuses 10 verlängert und unmittelbar mit einer radial nach außen gerichteten Erweiterung der Abschirmscheibe R] topfartig verbunden ist.

Wahlweise kann auf dieselbe Weise das äußere hohlzyündrische Abschirmteil L₂ unmittelbar mit der Abschirmscheibf R₂ verbunden sein.

F i g. 5 veranschaulicht eine andere Abwandlung der Erfindung, bei der ein erstes koaxiales hohlzylindrisches Abschirmelement 26 eine Abschirmscheibe R] (entsprechend der Abschirmscheibe R] gemäß F i g. 1 und 4) zwischen oberer und mittlerer Widerstandseinheit A bzw. B sowie eine einstückig mit der Abschirmscheibe R] ausgebildetes erstes hohlzylindrisches Abschirmteil Li aufweist, der sich neben dem 2ylindrischen Hochspannungsteil 22 koaxial zu diesem erstreckt '

Ebenso weist ein zweites koaxiales, hohlzylindrisches Abschirmten 28 eine zwischen die mittlere und die untere Widerstandseinheit B bzw. C eingefügte Abschirmscheibe R₂ und eine materialeinheitlich mit diesem ausgebildetes hohlzylindrisches Abschirmteil L2 * auf, das sich koaxial zum zylindrischen Hochspannungsteil 22 und neben dem hohlzylindrischen Abschirmten Li erstreckt, der vom ersten Abschirmelement 26 nach oben abgeht, so daß dieses Abschirmteil L\ zumindest teilweise vom Abschirmteil L₂ umschlossen ist. Bei dieser Ausführungsform umschließt der zweite Abschnitt von L₂ den der Widerstandseinheit A gegenüberstehenden Unterteil des ersten Abschnitts von Li.

Im Oberteil des geerdeten Metall-Gehäuses 10 ist ein drittes koaxiales, hohlzylindrisches. umgekehrt topfförmiges Abschirmelement 30 mit einer Abschirmscheibe Rs vorgesehen, die mit dem sich senkrecht durch das Zentrum dieser Abschirmscheibe Ri erstreckenden Hochspannungsleiter 18 verbunden ist. Dieses dritte Abschirmelement 30 weist einen materialeinheitlich mit der Abschirmscheibe Ri ausgebildeten dritten hohlzylindrischen Abschirmteil Lj auf, der sich koaxial zum zylindrischen Hochspannungsteil 22 nach unten erstreckt. Dieser dritte Abschnitt befindet sich dicht neben der Außenwand des ersten hohlzylindrischen Abschirmteils Li. so daß der zumindest einen Teil des letzteren umschließt. Bei der dargestellten Ausführungsform umschließt der dritte Abschnitt von Li den oberen Teil des ersten Abschnitts von Li, und er befindet sich in Radialrichtung näher am ersten Abschnitt von Li als der zweite Abschnitt von L₂.

Die Anordnung nach F i g. 5 entspricht dem Äquivalentschaltbild nach F i g. 2, nur mit dem Unterschied, daß die elektrostatische Kapazität Cl durch CIl + C12 ersetzt ist.

Wern. wie im Fall der Anordnung nach Fig. I, Abmessung und Lage der drei koaxialen, hohlzylindrischen Abschnitte Li. L2 und Lj so gewählt werden, daß sie den Bedingungen (1) und (2), mit Cl ersetzt durch CIl + C12, entsprechen, können die über die elektrostatischen Kapazitäten C1 = C11 + C12, C2 und C3 anliegenden Spannungen jeweils einander gleich sein. Die resultierende Potentialverteilung über den Stapel aus den nichtlinearen Widerständen 14 kann sich somit der idealen linearen Verteilung, wie durch die gestrichelte Linie von Fig. 2 wiedergegeben, annähern.

Wie aus Bedingung (2) hervorgeht, ist Cl um so größer, je größer C4 ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 kann C4 verringert werden, wenn das hohlzylindrische Abschirmteil L2 des zweiten koaxialen Abschirmelementes 28 weiter nach oben und der hohlzyündrische Abschnitt L_} der dritten koaxialen Abschirmung 30 weiter nach unten gezogen wird. Beim Fehlen der koaxialen Abschirmung 30 entspricht zudem die elektrostatische Kapazität Cl der Kapazität CIl, während bei Vorhandensein dieser Abschirmung Cl gleich C11 -1- C12 wird, so daß C1 größer sein kann. Mit anderen Worten: mit der dritten koaxialen Abschirmung 30 kann auf einfache Weise die Grö°e der elektrostatischen Kapazität C4 und somit der Kapazität Cl variiert werden, mit dem Ergebnis, daß den Bedingungen (1) und (2) leicht entsprochen werden kann. Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß das Metall-Gehäuse 10 mit kleinen Abmessungen ausgelegt werden kann.

Die Anordnung nach F i g. 6 unterscheidet sich von derjenigen gemäß F i g. 5 nur dadurch, daß bei ersterer das zweite koaxiale Abschirmelement 28 eine vom hohlzylindrischen Abschirmteil L₂ getrennte Abschirmscheibe R₂ aufweist wobei die beiden Teile durch eine Verbindungs- oder Zuleitung elektrisch miteinander verbunden sind. Wahlweise kann die Abschirmscheibe R₂ nach ihrer Trennung vom hohlzylindrischen Absehirmteii L2 mit letzterem unmittelbar verbunden bzw. in Kontakt gebracht werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gekapselte Blitzschutzvorrichtung, bestehend aus einem geerdeten Metallgehäuse, einem mit einem zu schützenden elektrischen Gerät verbundenen und in das Gerät hineinreichenden Hochspannungsleiter, aus einem Stapel nicht-linearer Widerstände hoher elektrostatischer Kapazität zwischen dem Ende des Hochspannungsleiters und der ι ο Bodenwand des Metallgehäuses, aus einer Abschirmung, die wenigstens den oberen Bereich des Widerstandstapels umgibt, der mit dem Ende des Hochspannungsleiters verbunden ist und aus einem zylindrischen Hochspannungsteil mit größerem Durchmesser als derjenige des Widerstandsstapels, das zwischen dem Ende des Hochspannungsleiters und dem oberen Ende des Widerstandsstapels eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung aus wenigstens zwei konzentrisch ineinandergreifenden zylindrischen Abschirmteilen (Lx, Lr. Lx, L₂, L₃) besteht, von denen mindestens eine (Lx, L₁) mit Abschirmscheiben (A₁, R₂) elektrisch verbunden ist, wobei die Abschirmscheiben (Rx. R₂) zwischen je zwei benachbarten Widerständen (14) des Wide.standsstapels eingefügt sind

2. Gekapselte ßlitzschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder nicht-lineare Widerstand aus gesintertem Zinkoxid hergestellt .st.

3. Gekapselte Blszschu vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dad-rch gekennzeichnet, daß bei zwei konzentrisch ineinander-reifenden Abschirmteilen und zwei damit elektrisch verbundenen ΐϊ Abschirmscheiben die Abmessung und die Lage der Abschirmteile (Lx. L₂) so gewählt sind, daß sie den folgenden Bedingungen genügen:

element (30) mit dem es mittig durchsetzenden Hochspannungsleiter (18) verbunden ist, welches zumindest teilweise den einen Abschirmteil ('L,) konzentrisch umschließt.